JP3890809B2 - 農業用トラクタの変速制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、農業用トラクタの変速制御装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
従来、農業用トラクタでは、特開平５−５２２５４号公報に示されるように、エンジンの回転動力を主クラッチと複数の変速装置を介して後輪、または前輪へ伝達し、前記変速装置の１つを切替えるときには、当該変速装置の動力上手側に設けたリバースチェンジ、またはメインチェンジにて動力伝達経路を「切」とし、油圧シリンダの作動により目的の変速位置へ切替える変速制御装置を備えたものが知られている。
【０００３】
しかしながら、これら従来の変速制御装置は、ギヤの噛合いを円滑にするため油圧シリンダの作動前、即ちギヤの切替前に動力上手側の伝達経路を「切」とするものであるが、この「切」の出力から油圧シリンダを作動する設定時間（クラッチの応答遅れや慣性力の影響が無くなると想定されるまでの遅延時間）は、車両がいかなる状態でも一定であった。
【０００４】
この為、例えば農業用トラクタを停止した状態でこれから発進する際、オペレータが変速位置を設定し、クラッチペダルを任意に操作して動力伝達を「入」としても車両が発進せず、その後所定時間が経過した後で車両が発進することとなり、タイムラグを生じ操作性を損なうという課題があった。一方、前記クラッチ（従来公報ではリバースチェンジに相当）を常時短時間で「入」とする構成とすると、走行中にギヤの切り替えが円滑に行われずショックを生じたり、車速が急激に変わるという課題が生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を鑑みて、エンジン（１）の回転動力を主クラッチ（２）とギヤ式変速装置（３Ａ）を介して後輪（４，４）、または前輪（５，５）へ伝達し、前記変速装置（３Ａ）を切替えるときには、当該変速装置（３Ａ）の動力上手側に設けた湿式多板形態のクラッチ（６ａ，６ｂ）にて動力伝達経路を「切」として設定時間（ｔ２）経過後、アクチュエータ（７Ａ，７Ｂ）の作動により目的の変速位置へ切替える農業用トラクタの変速制御装置において、前記農業用トラクタの前記湿式多板形態のクラッチ（６ａ，６ｂ）の動力上手側に設ける主クラッチ（２）をペダル（８）操作により入切可能に構成すると共に、この踏込み操作を検出するセンサ（９）を設け、前記変速装置（３Ａ）を切替える変速アップスイッチ（２１）と変速ダウンスイッチ（２２）を設け、これらいずれかのスイッチが操作されると前記クラッチ（６ａ，６ｂ）を「切」に連動し、該スイッチが変速アップスイッチ（２１）か変速ダウンスイッチ（２２）かを判定するとともに、変速アップスイッチ（２１）操作を検出している場合、又は変速ダウンスイッチ（２２）操作を検出するが前記ペダル（８）の踏込み操作を検出しない場合には、前記設定時間（ｔ２）でアクチュエータ（７Ａ , ７Ｂ）を作動し、変速ダウンスイッチ（２２）操作でかつ前記ペダル（８）の踏込み操作を検出している場合には、前記設定時間（ｔ２）よりも短い設定時間（ｔ１）でアクチュエータ（７Ａ，７Ｂ）を作動することを特徴とする農業用トラクタの変速制御装置とした。
【０００６】
【発明の効果】
以上のように構成した農業用トラクタの変速制御装置は、前記ギヤ変速装置３Ａを切替えるときにクラッチペダル８の踏込み操作を検出している場合、即ちオペレータが人為的に動力を切する場合であって、変速ダウンスイッチ（２２）操作のときは、前記アクチュエータ７Ａ，７Ｂを前記所定時間（ｔ２）より早い時間に作動する構成としたので、ギヤの切替えが早期に完了され、前述のように発進時にタイムラグを生じず、任意に車両を発進でき操作性を損なうことが無い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を農業用トラクタ（以下、トラクタ１０）の変速制御装置について説明する。トラクタ１０は、図２に示すように、ボンネット１１の内部に搭載されたディーゼルエンジン１からクラッチハウジング、ミッションケース１２等を一体的に連結して車体の剛体主枠とし、前記主枠の前部左右に一対の前輪４，４をミッションケース１２後側部に左右一対の後輪５，５を設けている。また前記ミッションケース１２には、前後進切替装置６と変速装置（主変速装置３Ａ、副変速装置３Ｂ）を内装し、エンジン１の回転動力を適宜減速して、前記前輪５，５、または後輪４，４へ伝達し駆動する構成となっている。
【０００８】
前記ボンネット１１の後部にはハンドルポスト１３を設け、この上端部にステアリングハンドル１４を突出し、側部にアクセルレバーや前後進切替レバー１５を設けている。そしてこの前後進切替レバー１５の回動基部には、後進操作を検出するセンサとしてレバーを後進位置へスライド操作するとＯＮする後進スイッチ２４を設けている。
【０００９】
ハンドルポスト１３の下方には、クラッチペダル８を設け、この踏込み操作によって後述する主クラッチ２の動力伝達を「入」「切」する構成となっている。またこのクラッチペダル８の回動基部には、踏込み状態を検出するセンサとして、クラッチペダルセンサ９を設けている。トラクタ１０の操縦席１６周囲について説明する。
【００１０】
操縦席１６の側方には、車体後部の作業機１８の高さを変更する作業機昇降用レバー１７や変速レバー１８を設け、前記昇降用レバー１７の回動基部にはレバー操作位置を検出するポテンショメータ１９を設けている変速レバー１８は、「Ｈ」型シフト式レバーで、この回動操作でリンク機構を介して後述する副変速装置３Ｂを切替える構成となっている。また、レバーノブ部２０に上下一対の変速スイッチ（主変速アップスイッチ２１、主変速ダウンスイッチ２２）を設け、同スイッチ２１，２２のＯＮ操作毎に後述するコントローラ２３の通電指令を介して、変速用アクチュエータである２つの油圧シリンダ７Ａ，７Ｂのピストンを伸縮し、主変速装置３Ａの変速位置を１段ずつ切替える構成となっている。
【００１１】
そして、これらのポテンショメータ１９や変速スイッチ２１，２２の各種検出器や設定器は、操縦席１５下方の制御部であるコントローラ２３へ接続する構成となっている。トラクタ１０の車体後部には、作業機昇降用油圧シリンダ２５を内装するシリンダケース２６を備え、前記シリンダ２５のピストン伸縮によりケース左右に支持するリフトアーム２７を上下回動する構成となっている。また、車体後部には、トップリンクと左右のロワーリンクからなる３点リンク機構を設け、同リンク機構に作業機２８を連結する構成となっている。そして前記リフトアーム２７の片側には、この回動基部にリフトアーム角センサ２９を設けている。
【００１２】
これにより、前記コントローラ２３は、作業機昇降用レバー１７の検出角度とリフトアーム２７の設定角度とを一致させるように、作業機上昇用比例圧力制御弁のソレノイド３０Ａ、或いは作業機下降用比例圧力制御弁のソレノイド３０Ｂへ通電し作業機２８を昇降する構成となっている。トラクタ１０の動力伝達構成について図１に基づいて説明する。
【００１３】
前記エンジン１から出力した回転動力は、動力上手側から順に前記主クラッチ２、前後進切替装置６、主変速装置３Ａと伝達され、最終的に副変速装置３Ｂにて減速された回転動力を後輪デフ機構３５を介して後輪４，4へ、または前輪伝達軸３６、及び前輪デフ機
構３７を介して前輪５，5へ伝達する構成となっている。
【００１４】
前後進切替装置６は、湿式多板形態の前進用クラッチ６ａ、若しくは後進用クラッチ６ｂを有するパワーシフト式切替装置であり、主クラッチ２から伝達された回転駆動力を、主変速装置３Ａへ正転、若しくは逆回転で伝達する切替装置である。前後進切替装置６には、夫れ夫れ常時噛合いギヤを設けた前後進入力軸４４と、リバース軸４５と、前記前進用クラッチ４３Ａと後進用クラッチ４３Ｂとを設けた前後進出力軸４６とが夫れ夫れ平行して設けられている。そして、エンジン１の回転動力は、前後進切り替えレバー１５が前方にスライドされ後進スイッチがＯＦＦであると、コントローラ２３を介して後述する切替制御弁４７が切替えられ、前進用クラッチ６ａのピストン部に圧油が入り同クラッチのディスクが圧着する。また、前後進切替レバー１５が後方へスライド操作され、後進スイッチ２４がＯＮすると、コントローラ２３を介して前記切替制御弁４７が切替えられ、後進用クラッチ６ｂのピストン部に圧油が入り同クラッチ６ｂのディスクが圧着する。
【００１５】
ここで、図３と図４に基づいて、前記前後進切替装置６の油圧回路構成について説明する。前記エンジン１より駆動されるポンプＰは、ミッションケース１２を兼ねたオイルタンクＴより油を吸い上げ、減圧弁Ｒを介して前後進切替用油路５０へと油を送り込む。同油路５０では、最初に前記前進用、及び後進用クラッチ６ａ，６ｂのディスク部へ送油する潤滑用油路５１を分岐し、更に電磁比例減圧弁５２を備えた油圧調整用油路５３を分岐して設けている。そして前後進切替用油路５０は、切替制御弁５４を通じ前進用クラッチ６ａ、若しくは後進用クラッチ６ｂへ圧油を連通する構成となっている。
【００１６】
前記電磁比例減圧弁５２は、通常コントローラ２３により一定の通電状態に保たれ、ポンプＰからの圧油はパイロットスプール５５に作用して、図中右方向へ移動しリリーフ部のポペット５６にかかる荷重となる。このため、ポペット５６は閉じられたままで、前記油路内の図（Ｂ）中ポイントＡ，Ｂ，Ｃは同圧となり油の流れは生じない。
【００１７】
そしてこの状態で、前記前後進切替レバー１５が一方、例えば前方へ操作されると、コントローラ２３の通電により切替制御弁５４の前進側ソレノイド５４ａへ通電が行われ、切替制御弁５４の図中右側の油室５４ＡがＰポートと連通し、前進用クラッチ６ａへ圧油が流れ込む。一方前記電磁比例減圧弁５２は、この時コントローラ２３による電圧が所定時間の間一定に保持されており、前記切替制御弁５４を通る圧油はオリフィス５７で決められた流量の速度で前記クラッチ６ａのクラッチピストン４３を動かす。尚、この状態では、クラッチピストン４３は、ピストンのストロークエンドまで作動しないように前記電磁比例減圧弁５２へ通電が保たれている。
【００１８】
そして、前記変速スイッチ２１，２２の信号検出から一定時間（例えば１６０ｍｓｅｃ）後、電磁比例減圧弁５２への通電量を下げると、前記パイロットスプール５５に作用する力が無くなり、このパイロットスプール５５はスプリング５８の付勢力により図中左側に戻り、調整ネジ５９にて初期セットされた油圧力にてピストン４３をストロークエンド迄動かし、このピストン４３がストロークエンドに達すると前記ポイントＢの圧力は初期圧力に戻る。
【００１９】
その後、電磁比例制御弁５２への通電量を徐々に上昇させていくことで、クラッチピストン４３の押圧力も徐々に上がりクラッチディスクを緩やかに圧着していく。尚、前後進切替レバー１５を後方へ操作し、後進スイッチ２４がＯＮとなって車両を後進する場合も同様であるため説明は省略する。
【００２０】
主変速装置３Ａは、「１−２速」、及び「３−４速」用の切替制御弁６１，６２と、この制御弁６１，６２により圧油を受けて作動するアクチュエータとなる複動式油圧シリンダー（以下、「３−４速」変速用油圧シリンダ７Ａ，「１−２速」変速用油圧シリンダ７Ｂ）を有するシンクロメッシュギア式の変速装置である。
【００２１】
主変速装置３Ａには、前記主変速入力軸６３と主変速出力軸６４とが平行して設けられ、両軸間６３，６４間に前方から順に４速ギヤ組６５、３速ギヤ組６６、２速ギヤ組６７、１速ギヤ組６８が設けられている。前記４速ギヤ組６５と３速ギヤ組６６との駆動側ギヤ間には、シンクロ機構を有するシフターリングを設け、該リングを前記「３速−４速」変速用油圧シリンダ７Ａのピストン伸縮により前後スライドする構成となっている。
【００２２】
これにより、油圧シリンダ７Ａのピストン伸長により前記４速ギヤ組６５を介して動力が伝達され「４速」となり、油圧シリンダ７Ａのピストン短縮により前記３速ギヤ組６６を介して動力が伝達され「３速」となる。同じく、前記２速ギヤ組６７と１速ギヤ組６８との駆動側ギヤ間にも、シンクロ機構を有するシフターリングを設け、該リングを前記「１−２速」変速用油圧シリンダ７Ｂのピストン伸縮により前後スライドする構成となっている。
【００２３】
これにより、油圧シリンダ７Ｂのピストン伸長により前記２速ギヤ組６７を介して動力が伝達され「２速」となり、油圧シリンダ７Ｂのピストン短縮により前記１速ギヤ組６８を介して動力が伝達され「１速」となる。従って、主変速装置３Ａは四段の変速位置を有する構成となっている。副変速装置３Ｂは、前記変速レバー１８の手動操作によりリンク機構を介して切替えるスライディングメッシュギヤ式の変速装置である。副変速装置３Ｂには、図１中上側から第一カウンター軸７０、「Ｈ速（高速）」から「Ｍ速（中速）」「Ｌ速（低速）」「ＬＬ速（超低速）」の４つの変速ギヤを遊転自在に設ける副変速出力軸７１、そして第二カウンター軸７２を平行して設けている。また、前記第二カウンター軸７２の前部には、前記「Ｈ速」と「Ｍ速」の変速ギヤと常時噛合っている前後２つのギヤを有する第三カウンター軸７３を遊転して設けている。
【００２４】
そして、変速レバー１８をＨ式レバーガイドに沿って、内前方へ回動操作するとシフタ７４が前方へスライドされ、前記「Ｈ速」ギヤが副変速出力軸７１と直結して「Ｈ速」となり、内後方へ回動操作するとシフタ７４が後方へスライドされ、前記第三カウンター軸７３、「Ｍ速」ギヤ、副変速出力軸７１と回転動力が伝達されて「Ｍ速」となる。
【００２５】
また、変速レバー１８をＨ式レバーガイドに沿って、外前方へ回動操作するとシフタ７５が前方へスライドされ、回転動力は第一カウンター軸、中継軸７６、第二カウンター軸７２、「ＬＬ速」ギヤと伝達され「ＬＬ速」となり、外後方へ回動操作するとシフタ７５が後方へスライドされ、回転動力は前記第一カウンター軸７０、中継軸７６、「Ｌ速」ギヤと伝達されて「Ｌ速」となる。
【００２６】
従って、副変速装置３Ｂは四段の変速位置を有する構成となっている。以上のように構成した主変速装置３Ａと副変速装置３Ｂとを有するトラクタ１０は、図６に示すように夫れ夫れギヤ組を組み合わせて全１６段の変速が可能となっている。コントローラ２３は、内部に各種信号を処理するＣＰＵと、この発明の制御プログラムを格納したＥＥＰＲＯＭと、各種信号を一時記憶するＲＡＭと、タイマー等を有する構成となっており、入力部には、作業機昇降用レバー１７のポテンショメータ１９、リフトアーム角センサ２９、後進スイッチ２４、主変速アップスイッチ２１、主変速ダウンスイッチ２２、クラッチペダルスイッチ９、「１−２速」、及び「３−４速」切替用の変速用油圧シリンダ７Ａ，７Ｂのピストン伸縮量を検出するポテンショメータ３１Ａ，３１Ｂ等を接続して設けている。
【００２７】
また、出力部には、作業機昇降用油圧シリンダ２５への圧油を挿通する作業機上昇用、及び下降用の比例圧力制御弁のソレノイド３０Ａ，３０Ｂと、ブザー３２、前記２つの変速用油圧シリンダ７Ａ，７Ｂのピストンを夫れ夫れ伸縮操作する切替制御弁６１，６２のソレノイド６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ等を接続して設けている。
【００２８】
以上のように構成したトラクタ１０の変速装置は、図７乃至図９に示す制御プログラムの概要を示すフローチャートのように変速位置の切り替えが行われる。最初に図７のように、ＳＴＥＰ１でエンジンキースイッチがＯＮされると、コントローラ２３により各種センサや設定器の接続状態、設定状態などが読み込まれる。そして、エンジンキースイッチＯＮの時だけは主変速装置３Ａが「１速」に切り替えられる。続けて後進制御、変速制御（副変速）、変速制御（主変速）等の各種制御の処理が行われ、リターンとなる。
【００２９】
主変速装置３Ａに係る変速制御は、図８に示すように、ＳＴＥＰ１で、変速スイッチ２１，２２の操作が検出され、これがＹＥＳの場合ＳＴＥＰ２で、主変速装置３Ａより動力上手側に位置する前後進切替装置６の現在圧着しているクラッチ６ａ（６ｂ）を「切」とする。続けてスイッチ信号が変速アップスイッチ２１かダウンスイッチ２２かどうかを判定し（ＳＴＥＰ３）、変速ダウンスイッチ２２で、且つクラッチペダルスイッチ９がＯＦＦであるとき（ＳＴＥＰ４）には所定時間ｔ２（例えば３ｓｅｃ＝走行中、コントローラ２３により変速が行われてもギヤが円滑に噛合うと想定される時間）経過後に現変速位置を１速だけ減速するよう切替制御弁６１，６２のソレノイド６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂへ通電を開始する。
【００３０】
また、前記ＳＴＥＰ４の判定がＹＥＳの場合は、所定時間ｔ１（例えば３００ｍｓｅｃ）経過後に現変速位置を１速だけ減速するよう前記切り替制御弁への通電を開始する。一方、スイッチ信号が変速アップであったり、変速ダウンであってもクラッチペダル８の踏込み操作が無い場合には、前述同様所定時間ｔ２経過後に現変速位置を１速だけ増速、若しくは減速するよう前記切替制御弁６１，６２のソレノイド６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂへ通電を開始する。
【００３１】
そして、ＳＴＥＰ６にて、前記ポテンショメータ３１Ａ，３１Ｂにより目的の変速位置に対応するピストン伸縮位置となると前記通電を停止し、前後進切替装置６の前進用、若しくは後進用クラッチ６ａ，６ｂを元に戻し、ブザーを１回鳴らしてエンドとなる。尚、前記後進制御は、図９のように、前記後進スイッチがＯＮで、且つ副変速が「Ｈ速」主変速が「４速」であるときに、自動的に主変速を「３速」に切替えるものである。これにより、作業中、高速で後進することが無くなり車両の安全性を保つことができる。
【００３２】
以上のように構成したトラクタ１０の変速制御装置は、クラッチペダル８の踏込み操作を検出している時で、特に減速操作のときにだけ、変速を迅速に完了する構成、即ち変速スイッチ２１，２２の検出後、油圧シリンダ７Ａ，７Ｂへの通電を通常よりも早めに出力し、続くクラッチ６ａ（６ｂ）も早期に圧着して変速を完了する構成としたので、トラクタ１０はオペレータのペダル操作により発進できる状態となる。
【００３３】
これにより、例えば前記切替制御弁６１，６２への通電開始時間を長く遅らせ、例えば、常時変速用油圧シリンダ７Ａ，７Ｂへの出力を走行中、コントローラ２３だけによるギヤ切り替えを想定した構成（所定時間ｔ２だけの設定）と比較して、発進時にトラクタ１０が進まないといった課題を無くし、車両の操作性を向上することができる。
【００３４】
またこの発明では、主変速装置３Ａを切り替える際に動力上手側の前後進切替装置６のクラッチを利用して動力伝達を「切」とする構成としたが、これに替えて前記主クラッチ２や別途専用のクラッチをコントローラ２３の通電指令により入切する構成としても良いし、またクラッチペダルを踏み込んでいるときは、設定時間（ｔ２）を０秒、即ち遅延時間を無しとしても良い。また、クラッチペダル８の踏み込み状態を検出する構成としては、クラッチペダル８から主クラッチ６までの動力伝達部材の変位を検出したり、主クラッチ８自体の圧着状態を検出して間接的に検出する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの動力伝達線図。
【図２】トラクタの全体側面図。
【図３】前後進切替装置に係る油圧回路図。
【図４】前後進切替装置に係る制御弁の構成を示す図。
【図５】コントローラの接続状態を示すブロック図。
【図６】各変速位置とアクチュエータの作動状態を示す図。
【図７】制御フローチャート（１）。
【図８】制御フローチャート（２）。
【図９】制御フローチャート（３）。
【符号の説明】
１ 前輪
２ 主クラッチ
３Ａ 主変速装置
３Ｂ 副変速装置
４ 後輪
５ 前輪
６ 前後輪切替装置
６ａ 前輪用クラッチ
６ｂ 後進用クラッチ
７Ａ 「３−４速」変速用油圧シリンダ
７Ｂ 「１−２速」変速用油圧シリンダ
８ クラッチペダル
９ クラッチペダルスイッチ

Claims (1)

1. エンジン（１）の回転動力を主クラッチ（２）とギヤ式変速装置（３Ａ）を介して後輪（４，４）、または前輪（５，５）へ伝達し、前記変速装置（３Ａ）を切替えるときには、当該変速装置（３Ａ）の動力上手側に設けた湿式多板形態のクラッチ（６ａ，６ｂ）にて動力伝達経路を「切」として設定時間（ｔ２）経過後、アクチュエータ（７Ａ，７Ｂ）の作動により目的の変速位置へ切替える農業用トラクタの変速制御装置において、前記農業用トラクタの前記湿式多板形態のクラッチ（６ａ，６ｂ）の動力上手側に設ける主クラッチ（２）をペダル（８）操作により入切可能に構成すると共に、この踏込み操作を検出するセンサ（９）を設け、前記変速装置（３Ａ）を切替える変速アップスイッチ（２１）と変速ダウンスイッチ（２２）を設け、これらいずれかのスイッチが操作されると前記クラッチ（６ａ，６ｂ）を「切」に連動し、該スイッチが変速アップスイッチ（２１）か変速ダウンスイッチ（２２）かを判定するとともに、変速アップスイッチ（２１）操作を検出している場合、又は変速ダウンスイッチ（２２）操作を検出するが前記ペダル（８）の踏込み操作を検出しない場合には、前記設定時間（ｔ２）でアクチュエータ（７Ａ , ７Ｂ）を作動し、変速ダウンスイッチ（２２）操作でかつ前記ペダル（８）の踏込み操作を検出している場合には、前記設定時間（ｔ２）よりも短い設定時間（ｔ１）でアクチュエータ（７Ａ，７Ｂ）を作動することを特徴とする農業用トラクタの変速制御装置。

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